光的偏振及其在視覺中的應用

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  • 來源:光虎光電科技(天津)有限公司

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  • 發布時間:2022-04-24 08:40:48

在許多工業應用中,由于低對比度或高反射成像條件,視覺檢測具有很大的挑戰性,偏振相機可以幫助發現隱藏的材料特性,并提供比標準彩色和單色相機更高的視覺清晰度。

可以利用偏振相機過濾掉不需要的反射或眩光,并通過對偏振光角度著色來增強對比度。產品中使用的不同材料可以反射和改變光的特性。普通彩色和單色傳感器可檢測入射光的強度和波長,而偏振相機內部使用的特殊偏振傳感器可以檢測和過濾反射、折射或散射表面的光的偏振角度。

什么是偏振?

偏振片的偏振

偏振是光的基本屬性,描述了光的電場振蕩的方向。大多數光源,如太陽,發出非偏振光。非偏振光在垂直于行進方向的隨機方向上具有振動。對于要偏振的光,隨機定向振動被移除或轉換為線性,圓形或橢圓形電磁波。

偏振片是一種光學濾光片,它允許特定方向的光波通過,同時阻擋其他方向的波。它可以將未定義或混合偏振的光束過濾成一束明確定義的偏振光束,即偏振光。常見的偏振片類型是線性偏振片和圓偏振片。

反射偏振

非偏振光可以通過非金屬表面的表面反射進行偏振。金屬表面反射入射光的偏振,無論是偏振的還是非偏振的,并且不會顯著偏振。其他材料,如玻璃、塑料和水的半透明表面,將一定量的光反射并偏振回環境中。

由于具有平行于入射平面的電場的光的反射系數在0°和90°之間的某個角度處為零,因此該角度的反射光線性偏振的,其電場矢量垂直于入射平面并平行于其反射的表面的平面。發生這種情況的角度稱為偏振角或布魯斯特角。在其他角度,反射光被部分偏振。

折射偏振

偏振也可以通過光的折射發生。當光束從一種材料進入另一種材料時,就會發生折射。在兩種材料的表面,光束的路徑改變其方向。折射光束獲得一定程度的偏振。大多數情況下,偏振發生在垂直于表面的平面上。

冰島石(Iceland Spar)是一種相當罕見的礦物方解石形式,它將入射光折射成兩條不同的路徑。光線在進入晶體時被分成兩束。隨后,如果通過冰島Spar晶體觀察物體,將看到兩個圖像。這兩個圖像是光的雙重折射的結果。兩種折射光束都是偏振的,一個在平行于表面的方向上,另一個在垂直于表面的方向上。由于這兩條折射光線以垂直方向偏振,因此可以使用偏振濾光片完全阻擋其中一幅圖像。如果濾光片的偏振軸垂直于偏振光的平面對齊,則光被濾光片完全阻擋;同時,第二幅圖像盡可能明亮。如果濾鏡在任一方向上旋轉90度,則第二個圖像將重新出現,第一個圖像將消失。

偏振的應用

偏振的應用長期以來一直用于機器視覺檢測,以檢測應力,檢測物體并減少透明物體的眩光。典型的設置需要在目標物體、光源和相機之間安裝一個或多個外部偏振片板。各種設置可用于測量材料應力,增強對比度以及分析表面質量的凹痕或劃痕。

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應力檢測

當偏振光穿過透明材料時,偏振光的入射角度將通過物體中的不同應力區域轉換為不同的角度。通過將顏色分配給特定的偏振角度,可以可視化缺陷和應力區域。

減少反射

物體會反射光線,使表面檢測變得困難。食品和包裝檢測應用可以通過減少反射和眩光來減少偏振片的使用。

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提高對比度

在低光照條件下,可以通過檢測物體偏振的角度來改善對比度。上面的例子展示了如何在低光下通過常規成像來改善對比度。